动平衡|最热星的冷知识( 二 )


我们也很难从其光谱类型中直接推导出O型星的质量 。 对于常见的冷星来说 , 如果知道其光谱型 , 其质量和演化状态基本上就能定下来 。 但对于O型星来说 , 光谱类型只能对应着一个很大的质量范围 。 如根据Geneva给出的演化曲线 , 一颗O4 V的星对应的质量范围大概为35-85个太阳质量 。
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图3. HD 46966在两次观测时 , 光谱中He和H线的变化(图源:李广伟)
主序后演化
O型星在主序阶段光度能变化约0.2-0.4dex , 但过了主序之后 , 光度变化幅度非常小 。 也就是说 , 一颗处于演化晚期的O型星 , 其光度与主序光度相差不大 。 因此一个O型星的光度几乎主要由其初始质量决定 , 而与其所处的演化阶段关系不大(见图4) 。
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图4. 大质量恒星的Geneva演化轨迹(图源:Ekstrom et al. 2012)
一颗小于25个太阳质量的O型星 , 可以演化到红超巨星(RSG) 。 但是由于金属丰度越大星风越强 , 越容易把外包层吹掉 , 所以金属丰度越低 , 外包层越容易保留 , 进而越容易演化到红超巨星阶段 。
超过60个太阳质量的O型星 , 可以直接演化到Wolf–Rayet(WR)星 。 但是金属丰度越高 , 星风越强 , 越容易把恒星的外包层吹掉 , 依次把N、C和O裸露出来 , 形成WN、WC和WO型Wolf–Rayet星 。 从而金属丰度越高 , 质量小的O型星越容易形成Wolf–Rayet星 。
影响O型星演化的其他因素
自转对大质量恒星演化很重要 。 因为高速自转会导致大质量恒星内部的物质混合 , 进而把外面新鲜的核燃料氢带入进核心区域 , 从而改变了恒星的演化轨迹 , 同时也延长了恒星的寿命 。 特别地 , 在低金属丰度情况下 , 大质量恒星可以直接往更蓝更热的方向演化 。 图5左图是一个质量为15个太阳 , 自转速度为300km/s的大质量恒星内部子午环流情况;而右图是大麦哲伦云中的大质量恒星在不同自转速度下的演化轨迹 。
大质量恒星在金属丰度极低的情况下 , 由于星风很弱 , 可以形成超大质量的恒星 , 其质量甚至达到1000个太阳质量 。
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图5. 左图来自Maeder & Meynet 2012;右图来自N. Langer 2012
O型星死亡及其产物
O型星死亡时会成为核塌缩超新星 。 我们可以通过确定这些超新星爆炸前究竟是WR、LBV、RSG甚至YSG , 来了解和约束大质量恒星的演化模型和超新星爆炸机制 。 伽马射线长暴被认为是高速自转的大质量恒星在死亡时的绚丽烟花 。 我们甚至看到了宇宙形成仅仅5亿年时的伽马射线长暴 。
产生引力波事件的双黑洞系统 , 有可能来自于两颗高速绕转的大质量恒星 。 当两个大质量恒星处在双星系统中进行高速绕转 , 其自转速度与轨道速度同步时 , 高速自转会导致很强的内部混合 , 这种混合会源源不断的把新鲜的氢燃料带入核心区域 , 所以直到把所有燃料耗尽时 , 恒星内部都不会产生分层 , 从而整个星体不会膨胀 , 反而越来越小 , 直到最后燃料耗尽 , 两者都变成几十个太阳质量的黑洞 , 进而并合产生被LIGO探测到的引力波(见图6) 。
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图6. LIGO 探测到大量的几十个太阳质量的双黑洞并合事件(图源:见图片)
LAMOST在O型星研究中的贡献
O型星非常稀少 , 据估计银河系内只有几万颗O型星 。 当今最大的O型星星表库 , 只包含590颗O型星 , 这是人类积攒了上百年的观测成果 。 而LAMOST一次性就发现135颗新的O型星 , 极大的增加当前的星表库 。 基于LAMOST的O型星表 , 找到了目前银河系自转速度最快的恒星和自转速度最快的O型氮超丰矮星 , 同时也第一次给出了氮超丰O型星的起源解释 。 未来对LAMOST发现的O型星进行研究 , 将会拓展人类的对O型星的认识 。

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